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[한상기]마이크로 로봇을 이용한 집단지능 구현 연구
2014년 06월 02일 오후 17:18
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개미, 꿀벌, 새 떼, 물고기 떼를 보면 어떤 리더도 없지만 효율적으로 의사 결정을 하는 듯 해보이며, 각각의 능력은 아주 작지만 전체 그룹의 움직임에는 매우 지능적인 모습을 보인다. 이러한 창발적(emergent)  특성은 집단 지성을 이루는 또 다른 방식이고, 이에 대한 연구는 인지과학, 진화생물학, 인공지능 등에서 다양한 각도로 연구하고 있다.

피터 밀러는 ‘스마트 스웜'에서 ▲자기 조직화 ▲정보 다양성 ▲간접 협동 ▲적응 모방의 네 가지 기본원리로 스웜 지능의 행동 매커니즘을 설명했다. 이런 원리는 하위 수준의 구성요소에는 없는 특성이나 행동이 상위수준에서 돌연히 창발하는 현상이다. 미국 곤충학자 윌리엄 휠러는 이런 현상을 초유기체라는 용어로 설명하고 있다.



인공지능을 구현하는 여러 가지 방법 중에 수 많은 작은 기기들이 모여서 집단 지능을 이루어내는 특성을 구현하는 것을 스웜 지능 또는 떼 지능이라고 말한다. 스웜 지능이라는 말은 1989년 제라도 베니와 징 왕이 도입한 것으로 알려져 있다.

아주 작은 크기의 로봇을 만들어 이들이 서로 상호 작용하거나 외부 환경을 인지하면서 원하는 집단 행위를 해 내는 것 스웜 로봇이라 하며 이에는 미국의 센티봇(Centibots)과 유럽의 스웜봇(Swarm-bots) 프로그램이 초기 연구들이었다.

센티봇은 미국 국방고등연구기획청(DARPA)의 지원으로 2003년에 시작해서 SRI 인터내셔날, 와싱톤 대학, 스탠포드 대학, 액티브미디어 로보틱스 등의 협업으로 최종적으로 100개의 로봇이 같이 움직이며 건물 지도를 구축해 내거나 의심되는 물체를 찾아내는 성과를 냈다.



SRI 인터내셔널는 최근 회로 기판과 저가의 단순한 자석을 기반으로 마이크로로보트를 동작시키고 제어하는  반자성 마이크로 조작 (Diamagnetic Micro  Manipulation) 기술을 개발했다.





SRI는 이런 마이크로로봇을 밀리미터 단위의 구조적 제어를 통해 고품질의 제품을 생산하는데 사용하고자 한다.  마이크로로봇은 전자적이거나 기계적인 부품을 옮기고, 액체를 저장하고, 서로 다른 크기 파트를 제작하면서 품질을 분석할 수 있다.  



또한 마이크로 로봇은 벽을 오르고, 어떤 방향이더라도 매우 빠르게 움직이면서 전체가 안무를 하듯이 이동할 수 있다. 현재까지는 초속 35센티미터의 속도까지 움직일 수 있다. 이 연구는 DARPA의 오픈 생산 프로그램을 통해 펀딩을 받고 있다.



디즈니는 디스플레이 스웜이라는 새로운 유형의 디스플레이를 선보였다. 픽셀봇이라는 각 로봇이 하나의 픽셀을 나타내며 제어가능한 색깔을 갖출 수 있는 모바일 로봇 스웜을 통해 이미지를 나타내거나 애니메이션 영화를 표현하도록 했다.







각 로봇은 위치가 칼러를 주변 다른 로봇에 따라 선택하게 함으로써 주어진 입력에 가장 근접하게 닮은 이미지를 만들어 낼 수 있도록 자발적으로 행동한다. 장난감이면서도 예술적으로 사용될 수 있는 사례를 제시한 것이다.

스웜 지능을 구현하기 위한 많은 알고리듬들이 제안되고 실험되었는데 여기에는 주로 확률적 최적화, 중력적 검색, 확률적 확산 검색, 기계 학습, 분산 처리, 이타주의 등 컴퓨팅 이론과 다양한 생물학에서 관찰된 행동을 흉내내는 알고리듬들이 사용되고 있다.

스웜 지능의 과제 중 하나는 하나의 스웜이 아닌 다중의 스웜이 형성되고 이들이 각기 최적화를 하면서 다른 스웜과 합치거나 협업하는 모델을 만들어 가는 모델을 만들어 내야 하는 것이다.

유럽연합에서는 2010년 부터 e-스웜 프로젝트를 향후 5년간 지원하기로 했다. (http://www.e-swarm.org/index.php)  여기서 나온 흥미로운 연구 중 하나는 스웜 로봇과 드론을 연계하는 것이다. 스웜 로봇이 주로 2차원에서 움직이기 때문에 지형이 복잡하거나 경사가 있을 때 이를 반복적인 시도로 풀어야 하지만, 드론이  3차원에서 판단하고 이를 해결할 로봇을 지정해준다면 문제는 좀 더 빠르게 풀 수 있기 때문이다.





스웜 로봇을 개발하기 위한 오픈 소스 활동으로는 오픈 하드웨어와 소프트웨어 모두를 제공하는 플랫폼인 자스민(Jasmine)이 있다. 3센티미터 이하의 큐브 형태 로봇에 관련된 보드와 인터페이스, 제어용 소프트웨어와 시뮬레이션 도구까지 공개적으로 제공하고 있다.



스웜 로봇과 집단 지능의 발전은 앞으로 사람들이 쉽게 접근하기 어려운 곳의 탐색이나 청소, 구조 활동 뿐만 아니라 물품의 제조, 지형에 대한 구조 및 환경 분석, 우주 탐사 등에 활용될 수 있으며, 군사용으로도 사용될 가능성이 매우 높다.

내가 좋아했던 마이클 크라이튼의 소설 ‘먹이(Prey)’에서는 나노 입자로 구성된 스웜이 유전 알고리듬 등을 활용하면서 하나의 새로운 의식체 처럼 활동하는 것이 나오는데, 이런 수준이 된다면 인간 내부의 탐사도 가능해지는 수준이 나올 것이다.

그러나 아직 우리가 이 기술을 다양하게 활용하기 위해서는  스웜을 통해 창발적 활동을 보이는 다양한 생명체들의 움직임과 의사 결정 과정에 대한 본질적인 연구도 지속해야 할 것이다. 많은 지능형 하드웨어와 소프트웨어는 결국 우리 주변에서 볼 수 있는 다양한 지능 유형을 모방하고 이를 편하게 제어하기 위한 것이기 때문이다.

한상기

카이스트에서 인공지능을 전공하고 현재 컴퓨터과학과 인문사회학을 결합한 소셜컴퓨팅 분야의 각종 이슈를 연구하고 있다. 20여 년 동안 대기업과 인터넷 기업에서 전략 수립을 하고 두 번의 창업을 경험했으며, 여러 대학에서 강의를 했다. 사진과 영화, 와인을 좋아하며, 에이콘출판사의 소셜미디어 시리즈 에디터로 다양한 책을 소개하고 있다. 최근엔 학술과 현업 경험을 바탕으로 기업의 신규 사업 전략과 정부 정책을 자문하고 여러 매체에 기고하고 있다. 블로그(isocialcomp.wordpress.com)와 페이스북(facebook.com/stevehan)을 통해서도 왕성한 집필 활동을 하고 있다.

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